石墨烯在钙钛矿太阳能电池电荷传输层中应用进展

结合对石墨烯和钙钛矿太阳能电池材料薄膜制备方面的研究,归纳总结了钙钛矿太阳能电池电荷传输层的作用;介绍了常用电荷传输层材料品种及其不足;综述了石墨烯在太阳能电池电子传输层和空穴传输层中应用进展,以促进石墨烯在钙钛矿太阳能电池中的研究开发。目前,钙钛矿太阳能电池的性能稳定性较差,商业化开发难以启动。文章认为从设计和优化钙钛矿太阳电池电荷传输层复合材料着手,稳定和提高钙钛矿太阳能电池性能,可望取得事半功倍的效果。

量子化学研究不同取代基对六苯并蔻电荷传输性能的影响

应用密度泛函理论在B3LYP/6-311+G(d)、M06-2X/6-311+G(d)、CAM-B3LYP/6-311+G(d)理论水平,分别计算12个不同取代基取代的六苯并蔻分子的电荷传输速率.研究结果显示,采用长程较正泛函CAMB3LYP更适合目标体系的电荷传输性能研究.在六苯并蔻环上,引入6个—CH_(3)与—CN取代基,得到的六苯并蔻衍生物分子与母体六苯并蔻相比,空穴迁移率相对较大,分别为2.51、0.92 cm^(2)·V^(−1)·s^(−1),可设计为性能优良的p型有机半导体分子;引入6个—SH、—CH_(2)SCH_(3)及—COOCH_(3)取代基,得到的3个分子与母体六苯并蔻相比,对分子的电荷传输速率改善较小;引入—SCH_(3)、—OCH_(3)、—OH、—NHCH_(3)、—N(CH_(3))2等5个取代基,所得到的5个分子电子迁移速率为空穴迁移速率的1.7~18倍,有望设计成性能优良的n型有机半导体材料.

MoS_(2)/MoTe_(2)垂直异质结的电荷传输及其调制

二维材料异质结器件具有纳米级厚度及范德瓦耳斯接触表面,因而表现出独特的光电特性.本文构建了栅压可调的MoS_(2)/MoTe_(2)垂直异质结器件,利用开尔文探针力显微镜(KPFM)技术结合电输运测量,揭示了MoS_(2)/MoTe_(2)异质结分别在黑暗和532 nm激光照射条件下的电荷输运行为,发现随着栅压的变化异质结表现出从n-n^(+)结到p-n结的反双极性特征.系统地解释了MoS_(2)/MoTe_(2)异质结的电荷输运机制,包括n-n^(+)结和p-n结在正偏和反偏下条件下的电荷输运过程、随栅压变化而发生的转变的结区行为、接触势垒对电荷输运的影响、n-n^(+)结和p-n结具有不同整流特征的原因、偏压对带间隧穿的重要作用及光生载流子对电学输运行为的影响等.本文所使用的方法可推广到其他二维异质结体系,为提高二维半导体器件性能及其应用提供了重要的参考和借鉴.

基于不同π核扩展方式萘四甲酰基二酰亚胺有机半导体电荷传输性质的理论研究

n型半导体材料在逻辑互补电路中必不可少,但由于多数n型有机半导体材料空气稳定性差、迁移率较低,其发展相对滞后.本文基于几种典型的不同π核扩展的萘四甲酰基二酰亚胺(NDI)有机半导体材料,利用第一性原理计算分析了其电荷传输性质,分别从单分子结构特征、分子间堆积方式以及分子间相互作用等方面阐明不同核心结构对载流子传输性质的影响.结果表明,所研究分子均具有良好的空气稳定性,并表现为电子传输性.其中,长轴π扩展的分子A2具有较高的电子亲和势,其空气稳定性最好.其次,沿长轴/短轴π扩展的NDI有机半导体的重组能均降低,但二者重组能降低的起因明显不同:相比于A1分子,沿短轴π扩展的A2分子在高频区的振动受到有效的抑制,从而重组能大幅下降;而沿长轴π扩展的A3与A4分子则在高低频区的振动均受到抑制,使重组能降低.另外,不同的分子堆积对传输影响较大,发现沿长轴π扩展的A3和A4具有较小的短轴滑移,表现为二维传输材料,二维平均电子迁移率分别约为0.06与0.15cm^(2)·V^(-1)·s^(-1);沿短轴π扩展的A2分子具有较大的短轴滑移,因此表现为一维传输材料,其一维电子迁移率高达0.96cm^(2)·V^(-1)·s^(-1).

苯并噻二唑基半导体/弹性绝缘体共混柔性薄膜的结构及电荷传输研究

利用苯并噻二唑基半导体聚合物PffBT4T-2DT与弹性体聚合物聚二甲基硅氧烷(PDMS)通过溶液相共混,采用旋涂法制备共混薄膜。并采用层压转移法构筑共混薄膜有机场效应晶体管(OFET)来研究薄膜的电荷传输特性随拉伸应变的变化。结果显示,PffBT4T-2DT/PDMS共混薄膜中诱发垂直相分离结构,即PffBT4T-2DT组分富集在薄膜下层而PDMS集中在上层。PDMS引入还导致PffBT4T-2DT骨架链堆垛结构的改变,促使分子链间倾向于edge-on堆积方式。相比纯PffBT4T-2DT薄膜,共混薄膜具有优异的可拉伸性能,使其在100%的高拉伸应变下仍保持较高的载流子迁移率。这源于弹性的PDMS基体有效地耗散拉伸产生的薄膜内部能量。基于柔性薄膜结构表征,分析了薄膜微结构与其力学性质和电荷传输性能间的内在联系。

介质阻挡放电的电荷传输特性研究

对介质阻挡放电空间的电荷传输特性进行研究,可以在实际应用中优化设计、提高放电效率。通过在实验室建立的介质阻挡放电装置,研究了外加电压幅值、气隙距离、阻挡介质的厚度和介电常数等因素对放电空间传输电荷的影响试验结果表明,放电空间在一个周期传输的电荷量随外加电压幅值和介质介电常数的增加而增加,随气隙距离和介质厚度的增加而减小。

TiO_2纳米晶多孔膜的电荷传输特性

用光电流作用谱、瞬态光电流、循环伏安及线性电位扫描法研究了TiO2纳米晶／纳米多孔膜电荷传输特性．结果表明TiO2纳米多孔膜的电荷传输与块体半导体不同．TiO2纳米晶电极的能带不弯曲，电子在导带中可向两个方向流动，电子既可以流向电极内部经由外电路输出．也可以流向电解质溶液被溶液中的受主捕获．在TiO2纳米多孔膜电极中，不仅在负电位区能带边随电位变化，而且在正电位区能带边随电位变化而移动，即带边不钉扎。加入合适的施主可提高光电转换效率．加入受主则在电极溶液界面引起电子的严重损失，降低光电转换效率．

蒽类衍生物的电荷传输性质

以具有较高迁移率的对称取代类蒽的衍生物{2,6-二[2-(4-戊基苯基)乙烯基]蒽,DPPVAnt;2,6-二-噻吩蒽,DTAnt;2,6-二[2-己基噻吩]蒽,DHTAnt}为研究对象,采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G(d)的基组水平上研究了三种蒽类衍生物的分子结构、电子结构、重组能和电荷传输积分,采用Einstein关系式计算了室温下的载流子迁移率,并与蒽的相关计算结果进行了比较.DPPVAnt是较好的空穴传输材料,其空穴迁移率为0.49cm2·V-1·s-1;DHTAnt有利于电子传输,其电子迁移率为0.12cm2·V-1·s-1;而DTAnt是一种较好的双极性材料,其空穴迁移率和电子迁移率分别为0.069和0.060cm2·V-1·s-1.计算得到的迁移率与实验结果处于同一数量级.三种蒽类衍生物的电子重组能与蒽的相近,而空穴重组能均大于蒽的空穴重组能,大小顺序为蒽<DPPVAnt<DTAnt<DHTAnt.这与计算的迁移率结果不一致,说明分子的堆积结构决定材料的电荷传输性质.

单极性纳秒脉冲介质阻挡放电电荷传输特性实验分析

单极性高压脉冲电源激发介质阻挡放电(DBD)产生非平衡态等离子体具有很好的前景。为此,基于单极性ns脉冲电源实验研究了DBD电荷传输特性。通过改变实验条件,同时也研究了不同情况下放电的电荷传输以及能量消耗。研究了介质阻挡层厚度、介质阻挡层材料、气隙距离、施加脉冲电压幅值、重复频率和电压极性对放电电荷传输特性的影响。实验结果表明,随着介质厚度、气隙距离、施加脉冲电压幅值的增加,电荷传输量及放电能量增加;电压极性和重复频率对电荷传输特性影响很小;电荷传输量及放电能量在介质阻挡材料为环氧树脂时略大。

六取代三环喹唑啉电荷传输性质的理论研究

六取代三环喹唑啉分子可以作为液晶半导体材料.使用电子传输的半经典模型和密度泛函理论方法在B3LYP/6-31G^(**)水平上对六取代三环喹唑啉分子的电荷传输性质进行理论研究.结果显示,该分子的空穴传输速率为电子传输速率的30倍.与苯并菲和六氮杂苯并菲比较,该分子更有利于空穴传输.

利用瞬态光电压技术对纳米TiO_2薄膜电极中光生电荷传输机理的研究

Transient photovoltage(PV) technique was applied to investigate the separation and the transport mechanism of the photo-induced charge carriers on nano-TiO_ 2 film electrode. The positive PV transients were observed whenever the light was incident from the gauze platinum(top illumination) or the ITO electrode(bottom illumination). This implies that the photo-induced electrons always accumulate near the ITO. Simultaneously, it is found that under the singe pulse illumination, PV transient at bottom illumination needs a shorter time to reach its maximum than that at top illumination. This indicates that the photo-induced carriers are separated faster on TiO_ 2/ITO interface than that in the bulk of the TiO_ 2 film. These demonstrate the existence of the contact potential on the TiO_ 2/ITO interface, with the downward band bending from the TiO_ 2 to ITO, which may cause the excess carriers to be separated by drift. Under the repeated pulses illumination, the PV transients at top illumination remained unchanged, while those at bottom illumination changed significantly. This results from the trapping of the excess electrons on the TiO_ 2/ITO interface.

两种三芳胺类电荷传输材料的合成与光电导性能

以二苯溴甲烷和对硝基苯甲醛为原料,经过W ittig、还原和U llm ann 3步反应,合成了N,N-二苯基-4-(2,2-二苯基乙烯基)苯胺(Ⅴa)和N,N-二(4-甲基苯基)-4-(2,2-二苯基乙烯基)苯胺(Ⅴb)两个化合物,并且通过IR和MS对其进行了结构鉴定。以目标化合物Ⅴa和Ⅴb为电荷传输材料,分别以酞菁氧钛、偶氮类化合物为电荷产生材料复配制备的双层光电导体,在白光和红光曝光下测试了它们的光电导性能。结果表明,在白光曝光下,与偶氮类化合物复配时,其暗衰和残余电位低达7.5 V/s,5 V和7.5 V/s,3 V;与酞菁氧钛复配时,其光敏度仅为0.8 lux.s和1.0 lux.s。在红光曝光下,其电荷的保持能力高,暗衰率和残余电位都很低,光敏度低达0.024lux.s。这说明化合物Ⅴa和Ⅴb具有优良的电荷传输性能。

聚合物/TiO_2分层光电导型器件的电荷传输特性

研究了聚合物PVK与TiO2分层光电导器件的电荷传输特性,分别比较了两种器件:器件S1(ITO/TiO2/PVK/Al)和器件S2(ITO/PVK/TiO2/Al)。实验发现,器件S1的暗电流远小于器件S2的暗电流,S1的正向峰值光电流约是其反向峰值光电流的4倍,而S2的正向和反向峰值光电流都基本与S1的反向峰值光电流相近。这是由于PVK/TiO2界面处有效的电荷转移、恰当的电荷传输层、器件各层间能级匹配及其与电极功函数的匹配影响了光电流的强度大小。由此判断,器件S1的性能要优于器件S2。随电压的增大,S1结构的光电导响应谱在短波区域的拖尾增大,而S2结构几乎没有拖尾,这可能是两种结构的吸收和陷阱能级的差别造成的。

掺杂电活性离子聚吡咯膜内的电荷传输

用循环伏安法和计时库仑法研究了掺杂亚铁氰化钾离子的聚吡咯膜内的电荷传输问题。实验结果表明，聚吡咯膜内的电荷传递可以处理成电子在膜内的扩散模型，电荷传递速度可以用电子表观扩散系数（Ｄａｐｐ）来表征。Ｄａｐｐ的大小由聚合物膜的结构、电活性离子之间的电子跃迁及对离子在膜中的运动决定。

染料敏化太阳电池相间电荷传输行为的机理研究

本文通过对染料敏化太阳电池(DSC)内半导体薄膜及电解液层电荷传输过程的数值模拟,借助纳米薄膜微结构参数(孔洞率)与微观动力学参数的内在联系,将多孔膜内电子传输过程与电解液中离子扩散过程有机结合,细致研究了相间电荷传输行为对DSC性能输出的影响.研究表明,对于固态/准固态等离子扩散系数较低的电池(传输受限体系),电解液中的电荷传输过程是必须考虑的重要因素.改善传输受限体系的性能输出,就要对电解液层厚度、孔洞率和碘浓度同时优化,而通常电解液层厚度的影响往往容易被忽略.

1-取代噁唑-2-取代苯基乙烯类电荷传输材料的光敏性与结构的关系研究

应用AMI方法全优化了11种电荷传输材料的稳定构型.根据Law提出空穴注入轨道模型,研究了光敏性E_(50)与电荷传输材料和电荷传输材料的HOMO能级差△E_(T-G)的关系.计算结果表明,lgE_(50)与△E_(T-G)存在线性关系.采用成键能较低构型的HOMO能级得到的相关性(r=0.837)优于成键能较高构型的HOMO能级得到的相关性(r=0.728).增加空穴传输活性氮原子的净电荷后,相关性被进一步提高(r=0.911).这表明分层光感受器的光敏性与光电转换的后两个过程都相关,其中从电荷产生层(CGL)到(CTL)电荷传输层的空穴注入效率占主导作用,空穴在CTL中的迁移率也至关重要.

聚邻苯二胺膜修饰电极的膜结构及电荷传输研究

用电化学方法制备了聚邻苯二胺膜修饰电极．对聚邻苯二胺膜修饰电极的电化学性质和膜结构分别用循环伏安技术、电位阶跃暂态技术以及红外光谱技术进行了研究。

聚TPD电荷传输材料的制备与单层器件的电致发光

为了提高空穴传输材料 TPD(三苯基二胺衍生物)的热稳定性和器件的寿命,用 TPD 通过 Friedel-Crafts 反应和二卤化合物进行缩聚,将 TPD 结构单元引入到聚合物的主链,得到了一系列具有电荷传输性能的新型电致发光聚合物．研究发现,所有聚合物的热稳定性均高于 TPD,能带结构几乎没有发生改变,有的聚合物既能传输空穴,又能传输电子．考察了单层器件的发光性能．结果显示,器件最大亮度在17V 时约为36cd·m^(-2),最大发射为460nm．

含乙酰胺基链苯并菲盘状液晶分子的电荷传输性质与热力学性质

在密度泛函理论B3LYP/6-31G**理论水平上,计算含乙酰胺基链苯并菲衍生物分子的电荷传输性质和热力学性质.研究结果显示,该分子的空穴传输性能明显好于电子传输性能.在298.15 K时,该分子的标准摩尔生成焓和生成自由能分别为-2338.79 k J/mol和-1756.27 k J/mol.

含酯基和吡啶环苯并菲衍生物分子的电荷传输和三阶非线性光学性质

采用密度泛函理论在B3LYP/6-31G**理论水平计算研究含酯基和吡啶环的苯并菲衍生物分子的电荷传输速率.结果表明,酯基双取代的苯并菲衍生物分子具有较高的空穴和电子传输速率,分别为0.22cm2/v·s和1.51cm2/v·s.同时引入酯基和吡啶环均不利于空穴和电子传输.使用有限场(FF)方法计算分子的三阶非线性光学性质.结果显示,在酯基和吡啶环之间引入柔性碳链的分子与不含吡啶环分子的三阶非线性光学性质基本一致,均具有较高的电荷传输速率和良好的三阶非线性光学性质.